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手机呼叫流程(GSM)

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M O BIL E C O M M U N IC A T IO N S

网络优化技术文件

2000年11月8日上海大唐移动通信设备有限公司

上海大唐移动通信设备有限公司

1. BSS系统中的信令应用 (1)

2. BSS系统的信令模型 (2)

3. 各层信令在BSS系统中的作用 (5)

4. 移动主叫流程 (16)

5. 移动被叫流程 (33)

6. 位置更新流程 (51)

7. 小区内切换流程 (62)

8. 小区间切换流程 (66)

9. 外部切换流程 (72)

10. 定向重试流程 (79)

1.BSS系统中的信令应用

作为GSM移动通信系统，主要实现一种任何时间、任何地点、任何通信对象之间的通信。那么在这样一个通信过程中，通信对象之间不仅要传送对通信对象有用的语音及数据，还包括一些信令。在BSS系统中，涉及到的信令如图1，其主要内容有：

●七号信令（NO.7）：在MSC和BSC之间传送；

●D信道的链路接入规程（LAPD）：在BSC和BTS之间传送；

●Dm信道的链路接入规程（LAPDm）：在BTS和MS之间传送。Array

图 1 BSS系统中的信令应用

2. BSS 系统的信令模型

2.1 概述

在GSM 移动通信系统中，BSS 系统的信令模型采用了一般的OSI 七层协议中的低三层协议，从低到高依次包括：

● 第一层（L1）：物理层 ● 第二层（L2）：链路层 ● 第三层（L3）：网络层

BSS 系统的信令模型如图 2。

图 2 BSS 系统信令模型

其中各层协议的含义如下：

LAP_Dm ：Dm 信道的链路接入规程

B T S

M S B SC M SC

L 1

L 2L 3

RR：无线资源管理

CM：通信管理

SMS：短消息管理

SS：补充业务管理

CC：呼叫管理

MM：移动管理

LAPD：D信道的链路接入规程

BTSM：BTS管理部分

MTP：消息传送部分

SCCP：信令连接和控制部分

BSSMAP：BSS管理应用部分

DTAP：直接传递应用部分

2.2物理层

物理层主要负责物理数据单元的无错传送。在物理层上，定义了传输路径上的电气特性。

在一般系统中，BTS与MS之间的Um接口的物理层采用无线路径，在BTS 与BSC之间的Abis接口的物理层采用在不均衡的75Ω同轴电缆或120Ω双绞线上的2048bps的CEPT数据流。

2.3链路层

在链路层上，主要功能有：帧传递、无错传送以及通过物理层实现两连接实体之间的比特传送。在链路层上的任务主要是建立、维持和释放两连接实体之间的连接。

在GSM中，BTS与MS之间的Um接口的数据链路层通过LAPDm（Dm信道的链路接入规程）实现；BTS与BSC之间的Abis接口的数据链路层通过LAPD （D信道的链路接入规程）实现。

2.4网络层

网络层主要用于建立端到端的连接，并实现寻址和选择路由功能。在网络层上，它主要负责通过一个任意的网络拓扑结构从目的地取得消息。

在GSM中，网络层可以被分为三个子层：CM层（连接管理层）、MM层（移动管理层）和RR层（无线资源层）。

无线资源层（RR）为移动管理层（MM）提供了一些服务，无线资源层的主要作用包括建立、维持、释放物理连接（比如无线的业务和控制信道）。无线资源层的一些主要功能在BSC中实现，但部分功能在BTS中实现。

移动管理层（MM）主要用于在网络中的用户设备的注册和用户的鉴别，移动管理层的功能在MSC一侧实现。

连接管理层（CM）是GSM信令模型中的最高一层，这个我们可以从它在信令模型中的位置可以很清楚的看到（在MSC和MS的信令模型结构的最高层）。在GSM系统中，无线资源层是与用户之间一个基本的接口。

连接管理层又可以被分为三个子层：CC（呼叫控制），主要负责呼叫的建立、维持和释放；SS（补充业务）；SMS（短消息业务）。

3.各层信令在BSS系统中的作用

3.1无线资源层（RR）

无线资源层（RR）主要负责无线资源的管理和分配。无线资源层的消息从BTS传送至MS上相应的层，虽然这些消息在Abis接口上出现，但是它们可能包含在更低层的结构中。下面我们来看看在RR层上的一些消息，具体如表1：

表 1 RR层的消息列表

3.2移动管理层（MM）

移动管理层（MM）在MS和MSC中实现。移动管理层（MM）主要用于在网络中的用户设备的注册和用户的鉴别，在其它处理中，MM参与到位置更新、鉴权、TMSI再分配等过程中。下面我们来看看在MM层上的一些消息，具体如表2：

表 2 MM层的消息列表

3.3呼叫控制（CC）

在一般的呼叫建立过程中，在Abis接口上生成消息的最后一层是在连接管理层（CM）中的子层呼叫控制（CC）中实现的。呼叫控制主要负责呼叫的建立、维持和清除。在CM中的其它两个子层是SS（补充业务）和SMS（短消息业务）。下面我们来看看在CC子层上的一些消息，具体如表3：

表 3 CM层中CC子层的消息列表

3.4BTS管理层（BTSM）

BTS管理层（BTSM）主要负责控制BTS的一些操作。从RR层来的消息要发送到MS，必须要以一定的消息类型来发送，这个消息类型就是BTSM中的数据请求消息；同样，从MS来的第三层要发送到BTS，也必须要以一定的消息类型来发送，这个消息类型就是BTSM中的数据指示消息。下面我们来看看在BTSM层上的一些消息，具体如表4：

表 4 BTSM层的消息列表

3.5BSS 应用层（BSSAP）

BSSAP层被分为两部分：BSS管理应用部分（BSSMAP）和数据直传应用部分（DTAP）。其中，BSSMAP部分负责MSC与BSS之间的通讯，DTAP部分负责MSC与MS上的MM层和CM层之间的消息传递。

DTAP消息将会在CM和MM部分进行处理。对于BSSMAP消息，由于大多数消息仅仅用于MSC与BSC之间的通信，或在传递至BTS或MS之前已经被BSC改变了消息格式，因此，这部分消息将不会在Abis接口上看到。下面我们来看看在BSSAP层上的一些消息，具体如表5：

表 5 BSSAP层的消息列表3.6LAPD协议

LAPD用于BTS与BSC之间的Abis接口上的链路层。LAPD消息一般由一些固定的帧组成，而且这些帧都会形成它自己的帧结构以便在消息传递双方传递数据。LAPD上的帧结构有三种：信息帧、监视帧、未编号帧。下面我们来看看

在GSM中LAPD用到的一些帧类型，具体如表6：

表 6 L A P D 命令和响应帧

I ：信息帧 S ：监视帧

U ：未编号帧

3.6.1SABME帧

当建立LAPD连接时，SABME帧一般是第一个被传递的帧。当发送完SABME帧之后，开始多帧证实模式。当接收端收到SABME帧以后，以前没有被证实的帧将会被忽略。DISC帧被用于停止多帧的证实模式。

3.6.2UA帧

当收到SABME帧或DISC帧以后，接收端将发送一个UA帧作为响应，以告诉发送端，刚才发送的SABME帧或DISC帧已经被接收端接收。

3.6.3I帧

当接收方已经被证实以后，I帧被用于传送信息帧。在I帧中，也可以包含一些先前接收帧的证实。

3.6.4RR帧

RR帧主要用于指示让接收端准备去接收一个I帧，同样，RR帧也可以对先前接收帧进行证实。

3.6.5UI帧

UI帧主要用于发送一些不需要接收端进行证实的消息帧。比如在LAPDm 上的系统消息的广播就是一个UI帧。

3.6.6SAPI&TEI

对每一层而言，都采用它的低层提供的业务去完成它自身的任务；同时，它又为它的高层提供业务。层与层之间的业务通过业务接入点（SAP）来实现。业务接入点指示（SAPI）由6个比特组成，它指示了在单元接入数据链路中的接收实体的地址。在数据链路的两端（BTS和BSC）采用相同的SAPI值。下面看一下SAPI的一些具体含义：

SAPI=0 无线信令

SAPI=3 短消息业务

SAPI=62 操作与维护、建链

终端设备识别（TEI）由7个比特组成，它指示了接入一条链路的地址。由于在大唐的DM系列基站设备中，采用了6个TRX共用一条LAPD链路的方式。因此，简单起见，采用TEI=TRX号。

4.移动主叫流程

4.1信道要求

MS通过动态地在RACH信道（随机接入信道）上发送一个随机接入脉冲向一个（BTS）基站收发信台申请一条信道。在信道请求消息中包括了建立的原因，这个原因可能是“寻呼响应”、“紧急呼叫”、“移动主叫”、“短消息业务”或“其他”，比如“位置更新”。此外，这条消息还包括随机参数，移动台（MS）随机的选5个比特作为随机参数。这些参数的作用是：当两个移动台同时接入网络时，网络能运用这些参数来区分这些移动台。

4.2信道请求

基站收发信台向基站控制器发一条申请信道消息。通过这条消息，基站收发信台进一步向基站控制器传递由移动台发起的信道请求。实际上，信道请求消息中除了包含信道要求消息中的一些消息外，还包括通过基站收发信台加入的一些消息。请求参考单元直接从信道要求消息中来，初始时间提前量（接入延迟）由基站收发信台加入到这条消息中去。

4.3信道激活

收到从基站收发信台发来的信道请求消息后，基站控制器开始按照一定的条件为此次呼叫寻找和分配SDCCH信道，同时基站控制器向基站收发信台发送一条信道激活消息。其中最重要的是：分配给哪个基站收发信台以及此SDCCH的信道组合。此消息中包含的参数有：DTX控制、信道的ID（识别）、信道描述和移动分配、移动台和基站的最大功率电平、基站控制器计算的有关此次接入的初始时间提前量等。

GSM通信流程(非常全面)

Issue 3.3 课程说明课程介绍 GSM通信流程包括两方面的内容：呼叫基本流程，信令基本流程。其中，呼叫流程主要包含：移动主叫流程，移动被叫流程，汇接呼叫流程。信令基本流程主要包含：鉴权流程，位置登记流程，呼叫重建流程，BSC内部切换流程，BSC间切换流程，MSC间切换流程，移动始发短消息流程，移动终结短消息流程，定向重试流程。这些流程从系统的角度描述了移动用户经常发生的行为，描述了GSM的几个组成部分在呼叫流程、信令流程中的相互关系，对移动性特征做重点说明。课程目标本课程的重点是介绍GSM系统的协同工作过程，涉及内容包含：呼叫、位置更新、切换、短消息。对流程的介绍突出了移动特征，具体的信令细节本课程不做描述，可以参考ETSI的GSM规范获得更加详细的内容。通过学习本课程，可以基本掌握： ●移动用户做位置登记的信令过程； ●移动用户做主叫的信令过程； ●移动用户做被叫的信令过程； ●MSC做汇接呼叫的信令过程； ●BSC内切换信令过程； ●BSC间切换的信令过程； 1

Issue 3.3 ●MSC间切换的信令过程； ●呼叫重建的信令过程； ●定向重试的信令过程。对这些信令流程学习之后，对GSM系统的原理会有更加深刻的了解，对每个功能实体（MS，BTS，BSC，MSC，VLR，HLR）的功能有更加深刻的体会。相关资料 ETSI关于GSM的规范，主要是：GSM0408，GSM0808，GSM0902。 2

Issue 3.3 第1章呼叫过程的信令分析对一次发生在移动用户间的呼叫来说，信令流程可以分为三个相对独立的部分： ●主叫移动用户部分 ●被叫移动用户部分 ●拆线部分 1.1 主叫信令流程移动用户做主叫时的信令过程从MS向BTS请求信道开始，到主叫用户TCH指配完成为止。一般来说，主叫经过几个大的阶段：接入阶段，鉴权加密阶段，TCH指配阶段，取被叫用户路由信息阶段。接入阶段主要包括：信道请求，信道激活，信道激活响应，立即指配，业务请求等几个步骤。经过这个阶段，手机和BTS（BSC）建立了暂时固定的关系。鉴权加密阶段主要包括：鉴权请求，鉴权响应，加密模式命令，加密模式完成，呼叫建立等几个步骤。经过这个阶段，主叫用户的身份已经得到了确认，网络认为主叫用户是一个合法用户，允许继续处理该呼叫。 TCH指配阶段主要包括：指配命令，指配完成。经过这个阶段，主叫用户的话音信道已经确定，如果在后面被叫接续的过程中不能接通，主叫用户可以通过话音信道听到MSC的语音提示。取被叫用户路由信息阶段主要包括：向HLR请求路由信息；HLR向VLR请求漫游号码；VLR回送被叫用户的漫游号码；HLR向MSC 回送被叫用户的路由信息（MSRN）。MSC收到路由信息后，对被叫用户的路由信息进行分析，可以得到被叫用户的局向。然后进行话路接续。 3

GSM主要信令接续流程(呼叫流程)

主要信令接续流程为了对GSM系统的整体工作流程有进一步的认识，本节描述几种主要接续流程。移动客户至固定客户出局呼叫流程移动台始发呼叫框图见图8－14，流程图见图8－15。图8－14 移动台始发呼叫框图

图8－15 MS始发呼叫流程图图中流程说明如下： (1) 在服务小区内，一旦移动客户拨号后，移动台向基站请求随机接入信道（RACH）。 (2) 在移动台MS与移动业务交换中心MSC之间建立信令连接的过程。AGCH允许接入信道 (3) 对移动台的识别码进行鉴权，如果需加密则设置加密模等，进入呼叫建立的起始阶段。 (4) 分配业务信道的过程。 (5) 采用七号信令的客户部分(1SUP／TUP)，建立与固定网(ISDN／PSTN)至被叫客户的通路，并向被叫客户振铃，向移动台回送呼叫接通证实信号。 (6) 被叫客户取机应答，向移动台发送应答连接消息，最后进入通话阶段。

手机主叫的时候发起的第一条消息是在Um接口上的Channel request 消息，然后BTS 对这个消息进行转发，在A-bis 接口上我们看到Channel required。Channel request我们可以理解为信道请求，在BTS与BSC之间的Channel required我们通常叫做信道申请。 BSC收到这个Channel required 以后它会返回一个Channel active，在这个Channel active 里面有一个非常重要的信息，就是BSC对BTS激活的这个目标信道的相关描述。BTS激活这个信道以后会返回一个Channel active ACK。

通信呼叫流程信令

Issue 3.3 主叫过程的信令流程如后面的图所示。注意: 应该注意的是：从VLR到HLR/AUC取鉴权集的过程不是必须的。 VLR到HLR/AUC取鉴权集时，HLR每次送5组，本次使用一组，另外4组保存在VLR中供后续的鉴权过程使用。只有当VLR中的鉴权集使用完毕，VLR才发起向HLR/AUC取鉴权集的过程。另外，如果MSC通过对被叫用户的MSRN的分析得知被叫用户是本局用户，那么就不会向其它MSC发送初始地址消息（IAI/IAM），而是根据被叫用户的位置区直接通知本局BSC对被叫用户发起寻呼。如果被叫用户非本局用户，则通过信令路由分析，通过适当的链路向目的MSC发IAI消息，以建立话路。主叫接入阶段、鉴权阶段主要信令： 3

GSM信令流程专题(切换短消息呼叫重建)

1.5 切换 1.5.1 切换的起因： 1）无线标准 ●信号质量 ●场强MS和/BTS接收电平 ●MS—BTS距离 ●改善干扰与功率控制（选择在确保正常通信质量的情况下切换的小区以尽量减少MS传输功率从而改善干扰） 2）网络标准 ●话务负荷（防止小区拥塞，均化话务；但扰乱了小区规划并增加了对周围区域的干扰强度），只在出现特殊事件，局部地区产生峰值时暂时使用，如举行运动会，交易会。发生自然灾害时等。 ●O&M原因，应操作维护方面的需要 1.5.2 切换启动方式 1） BSC根据管理标准而检测到无线传输原因而执行切换判决 ●MS测量周围邻近小区下行信号电平和质量，以搜寻可供选择的BTS，并将结果报告正在服务的BTS ●正在服务的BTS对MS上行信号电平，质量和距离进行测量 ●MS测量结果与BTS测量结果送往BSC进行处理，BSC根据传输质量标准作出切换判决 2）MSC询问切换候选人由于MSC业务的原因，MSC希望确定是否能够切换到MS所指定的小区，则 MSC发“切换候选者询问”消息到BSS，希望BSS识别在某一特定小区可以切换到另一些小区的切换候选者数目，消息中包含最大候选者的数目。 1.5.3切换类型 1）内部切换由BSS控制进行，MSC不参与介入切换控制过程：BSS仅在切换完成后发送“切换完成消息”到MSC。内部切换有几种类型： ●小区切换同一个无线频道的话务信道之间不同的无线频道之间 ●同基站内小区间切换 2）外部切换（MSC参与控制切换过程） ●同MSC内不同基站间切换 ●同PLMN不同MSC只基站间切换 ●不同PLMN的基站间切换，GSM未定义

GSM呼叫流程

摘要文章以MS发起的主叫通话为例，说明在GSM系统中，实现一次通话所需的信令接续过程。以应用层（L3）的三层连接（RR、MM、CC）为构架，对L豹的通信过程进行分析，介绍每条信令中的一些主要参数以及该信令在通话过程中所起的作用。关键词信令接续无线资源管理移动性管理呼叫管理 GSM系统使用类似OSI协议模型的简化协议，包括物理层（L1）、数据链路层（L2）和应用层（L3）。L1是协议模型最底层，提供物理媒介传输比特流所需的全部功能。L2保证正确传递消息及识别单个呼叫。在GSM系统中，无线接口（Um）上的L1和L2分别是TDMA帧和LAPDm协议。在网络侧，Abis接口和A接口使用的L1均为E1传输方式，L2分别为LAPD和MTP协议。在Um 接口，MS每次呼叫时都有一个L1和L2层的建立过程，在此基础上再与网络侧建立L3上的通信。在网络侧（A和Abis接口），其L1和L2（SCCP除外）始终处于连接状态。L3层的通信消息按阶段和功能的不同，分为无线资源管理（RR）、移动性管理（MM）和呼叫控制（CC）三部分。 1建立RR连接 RR的功能包括物理信道管理和逻辑信道的数据链路层连接等。在任何情况下，MS向系统发出的第一条消息都是CH－REQ（信道请求），要求系统提供一条通信信道，所提供的信道类型则由网络决定。CH－REQ有两个参数：建立原因和随机参考值（RAND）。建立原因是指MS发起这次请求的原因，本例的原因是MS发起呼叫，其它原因有紧急呼叫、呼叫重建和寻呼响应等。RAND是由MS确定的一个随机值，使网络能区别不同MS所发起的请求。RAND 有5位，最多可同时区分32个MS，但不保证两个同时发起呼叫的MS的RAND 值一定不同。要进一步区别同时发起请求的MS，还要根据Um接口上的应答消息。CH－REQ消息在BSS内部进行处理。BSC收到这一请求后，根据对现有系统中无线资源的判断，分配一条信道供MS使用。该信道是否能正常使用，还需BTS作应答证实，Abi s接口上的一对应答消息CHACT（信道激活）和CHACK （信道激活证实）完成这一功能。CHACT指明激活信道工作所需的全部属性，包括信道类型、工作模式、物理特性和时间提前量等。网络准备好合适的信道后，就通知MS，由IMMASS（立即指配）消息完成这一功能。在IM－MASS中，除包含CHACT中的信道相关信息外，还包括随机参考值RA、缩减帧号T、时间提前量TA等。RA值等于BSS系统收到的某个MS 发送的随机值。T是根据收到CH－REQ时的TD－MA帧号计算出的一个取值范围较小的帧号。RA和T值都与请求信道的MS直接相关，用于减少MS之间的请求冲突。TA是根据BTS收到RACH信道上的CH－REQ信息进行均衡时，计算出来的时间提前量。MS根据TA确定下一次发送消息的时间提前量。IMMASS的目的是在Um接口建立MS与系统间的无线连接，即RR连接。MS 收到IM－MASS后，如果RA值和T值都符合要求，就会在系统所指配的新信道上发送SABM帧，其中包含一个完整的L3消息（MP－L3－INF），这条消息在不同的接口有不同的作用。在Um接口，SABM帧是LAPDm层上请求建立一个多帧应答操作方式连接的消息。系统收到SANM帧后，回送一个UA 帧，作为对SABM帧的应答，表明在MS与系统之间已建立了一条LAPDm通路；另外，此UA帧的消息域包含同样一条L3消息，MS收到该消息后，与自己发送的SABM帧中相应的内容比较，只有当完全一样时，才认为被系统接受。

GSM通信流程(非常全面)

---------------------------------------------------------------最新资料推荐------------------------------------------------------ GSM通信流程(非常全面) MA000003 GSM 通信流程 Issue 3.3课程说明课程说明课程介绍GSM 通信流程包括两方面的内容：呼叫基本流程，信令基本流程。其中，呼叫流程主要包含：移动主叫流程，移动被叫流程，汇接呼叫流程。信令基本流程主要包含：鉴权流程，位置登记流程，呼叫重建流程，BSC 内部切换流程，BSC 间切换流程，MSC 间切换流程，移动始发短消息流程，移动终结短消息流程，定向重试流程。这些流程从系统的角度描述了移动用户经常发生的行为，描述了GSM 的几个组成部分在呼叫流程、信令流程中的相互关系，对移动性特征做重点说明。课程目标本课程的重点是介绍 GSM 系统的协同工作过程，涉及内容包含：呼叫、位置更新、切换、短消息。对流程的介绍突出了移动特征，具体的信令细节本课程不做描述，可以参考 ETSI 的 GSM 规范获得更加详细的内容。通过学习本课程，可以基本掌握： ? 移动用户做位置登记的信令过程； ? 移动用户做主叫的信令过程； ? 移动用户做被叫的信令过程； ? MSC 做汇接呼叫的信令过程； ? BSC 内切换信令过程； ? BSC 间切换的信令过程；1 1/ 118

MA000003 GSM 通信流程 Issue 3.3课程说明? MSC 间切换的信令过程； ? 呼叫重建的信令过程； ? 定向重试的信令过程。对这些信令流程学习之后，对 GSM 系统的原理会有更加深刻的了解，对每个功能实体（MS，BTS，BSC，MSC，VLR，HLR）的功能有更加深刻的体会。相关资料ETSI 关于 GSM 的规范，主要是：GSM0408，GSM0808，GSM0902。 2

GSM各种过程流程详解-全

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上海大唐移动通信设备有限公司第1页共1页目录 1. BSS 系统中的信令应用 (1) 2. BSS 系统的信令模型 (2) 3. 各层信令在BSS 系统中的作用 (5) 4. 移动主叫流程 (16) 5. 移动被叫流程 (33) 6. 位置更新流程 (51) 7. 小区内切换流程 (62) 8. 小区间切换流程 (66) 9. 外部切换流程 (72) 10. 定向重试流程 (79)

上海大唐移动通信设备有限公司第1页共84页 1. BSS 系统中的信令应用作为GSM 移动通信系统，主要实现一种任何时间、任何地点、任何通信对象之间的通信。那么在这样一个通信过程中，通信对象之间不仅要传送对通信对象有用的语音及数据，还包括一些信令。在BSS 系统中，涉及到的信令如图 1，其主要内容有： ● 七号信令（NO.7）：在MSC 和BSC 之间传送； ● D 信道的链路接入规程（LAPD ）：在BSC 和BTS 之间传送； ● Dm 信道的链路接入规程（LAPDm ）：在BTS 和MS 之间传送。图 1 BSS 系统中的信令应用

上海大唐移动通信设备有限公司第2页共84页 2. BSS 系统的信令模型 2.1 概述在GSM 移动通信系统中，BSS 系统的信令模型采用了一般的OSI 七层协议中的低三层协议，从低到高依次包括： ● 第一层（L1）：物理层 ● 第二层（L2）：链路层 ● 第三层（L3）：网络层 BSS 系统的信令模型如图 2。图 2 BSS 系统信令模型其中各层协议的含义如下： LAP_Dm ：Dm 信道的链路接入规程 B T S M S B S C M SC L 1L 2 L 3